JP3714225B2 - 磁気検出回路および方位検出回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁気トンネル効果素子（ＴＭＲセンサ）等の磁気センサを用いて磁界の強さを検出する磁気検出回路および方位検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ナビゲータの機能を付加した携帯電話が開発されている。この携帯電話には、地磁気の方向を検出する磁気検出回路が不可欠である。ところで、磁気センサとしては、ＭＲセンサ、ＴＭＲセンサ、ＧＭＲセンサ等が知られており、これらはいずれも、周囲の磁気の強さに応じて、その抵抗値が変化するものである。これらのセンサの中で、ＴＭＲセンサが感度がよく、かつ、価格も安いことから携帯電話等に用いるのに好適である。
【０００３】
従来のＴＭＲセンサを用いた磁気検出回路の構成例を図８および図９に示す。図８に示す回路において、１は定電流回路、２はＴＭＲセンサ、３はコンパレータ、４は基準電圧、５はインバータであり、基準電圧４を変化させてコンパレータ３の出力変化点を検出し、ＴＭＲセンサ２の両端電圧を検出する。また、図９に示す回路は、ＴＭＲセンサ２の両端電圧を電圧検出回路６によって直接検出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＴＭＲセンサは経年変化や周囲温度の変化によって抵抗値が変化する問題があり、特に、地磁気のような弱い磁気を検出する場合は、経年変化等の影響を除去することが必要となる。しかしながら、上述した従来の磁気検出回路にあっては、経年変化等に対する対策がなく、このため、経年変化等に基づく誤差が大きくなる欠点があった。
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、経年変化や周囲温度の変化の影響を受けることなく磁気の強さを測定することができる磁気検出回路を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は上述した課題を解決すべくなされたもので、請求項１に記載の発明は、バイアス磁場を形成するバイアスコイルと、前記バイアスコイルへ、一定の傾きで上昇する第１の電流と、一定の傾きで減少する第２の電流を印加するコイル駆動回路と、前記バイアスコイルのバイアス磁場内に配置された磁気センサと、前記磁気センサの端子電圧としきい値とを比較する比較回路と、前記第１および第２の電流の印加開始時点から一定周期のパルス信号を出力し、前記比較回路の出力が反転した時点で前記パルス信号の出力を停止するパルス出力手段と、前記第１の電流の印加開始時点から前記比較回路の出力が反転する時点までの間に前記パルス出力手段から出力される第１のパルス数を計測すると共に、前記第２の電流の印加開始時点から前記比較回路の出力が反転する時点までの間に前記パルス出力手段から出力される第２のパルス数を計測する手段とを具備し、前記第１のパルスと第２のパルス数の差に基づいて前記磁気センサの位置の磁場の強さを検出することを特徴とする磁気検出回路である。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の磁気検出回路において、前記計測する手段はパルスをカウントするカウンタであることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の磁気検出回路において、前記しきい値を、前記第１または第２の電流の印加開始時点における前記磁気センサの端子電圧と前記バイアスコイルの電流が零の時の前記磁気センサの端子電圧との中間の電圧とすることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の磁気検出回路において、前記しきい値を予め決めた一定電圧とすることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項５に記載の発明は、バイアス磁場を形成するバイアスコイルと、前記バイアスコイルへ、一定の傾きで上昇する第１の電流と、一定の傾きで減少する第２の電流を印加するコイル駆動回路と、前記バイアスコイルのバイアス磁場内に配置された第１の磁気センサと、前記第１の磁気センサの端子電圧としきい値とを比較する第１の比較回路と、前記第１および第２の電流の印加開始時点から一定周期のパルス信号を出力し、前記第１の比較回路の出力が反転した時点で前記パルス信号の出力を停止する第１のパルス出力手段と、前記第１の電流の印加開始時点から前記第１の比較回路の出力が反転する時点までの間に前記第１のパルス出力手段から出力される第１のパルス数を計測すると共に、前記第２の電流の印加開始時点から前記第１の比較回路の出力が反転する時点までの間に前記第１のパルス出力手段から出力される第２のパルス数を計測する第１の手段と、前記第１、第２のパルス数の差を演算して第１の磁気強さを得る第１の演算手段と、前記バイアスコイルのバイアス磁場内に、前記第１の磁気センサと直交する向きに配置された第２の磁気センサと、前記第２の磁気センサの端子電圧としきい値とを比較する第２の比較回路と、前記第１および第２の電流の印加開始時点から一定周期のパルス信号を出力し、前記第２の比較回路の出力が反転した時点で前記パルス信号の出力を停止する第２のパルス出力手段と、前記第１の電流の印加開始時点から前記第２の比較回路の出力が反転する時点までの間に前記第２のパルス出力手段から出力される第３のパルス数を計測すると共に、前記第２の電流の印加開始時点から前記第２の比較回路の出力が反転する時点までの間に前記第２のパルス出力手段から出力される第４のパルス数を計測する第２の手段と、前記第３、第４のパルス数の差を演算して第２の磁気強さを得る第２の演算手段と、前記第１、第２の磁気強さから方位を求める方位演算手段とを具備することを特徴とする方位検出回路である。
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の方位検出回路において、前記第１、第２の手段はパルスをカウントするカウンタであることを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項５または請求項６に記載の方位検出回路において、前記第２の比較回路、第２のパルス出力手段、第２のカウンタ、第２の演算手段に代えて、前記第１の比較回路、第１のパルス出力手段、第１のカウンタ、第１の演算手段を時分割で用いることを特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、請求項５〜請求項７のいずれかの項に記載の方位検出回路において、前記第１、第２の磁気強さをそれぞれ複数回測定し、第１の磁気強さの平均値および第２の磁気強さの平均値を求め、これらの平均値に基づいて方位を演算することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の一実施の形態について説明する。図１は同実施の形態による磁気検出回路の構成を示す回路図、図２は同磁気検出回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。この磁気検出回路は、図１（ａ）に示す、ＴＭＲセンサに可変バイアス磁界を印加するバイアス回路１１と、図１（ｂ）に示す、ＴＭＲセンサ２ａの出力に基づいて磁気の強さを検出する検出回路１２とから構成されている。
【００１０】
図１（ａ）において、符号１３はＴＭＲセンサ２ａにバイアス磁界を与えるバイアスコイルであり、ＴＭＲセンサ２ａはこのバイアスコイル１３の上に配置される（図５参照）。１４は演算増幅器、１５は演算増幅器１４の反転入力端と出力端間に介挿されたコンデンサ、１６はコンデンサ１５の両端に接続された半導体スイッチである。このスイッチ１６は制御回路（図示略）から供給されるリセット信号Ｒ（図２（ハ）参照）によってオン／オフ制御される。１７は演算増幅器１４と共に階段波を作成するスイッチ回路であり、半導体スイッチ１８〜２１とコンデンサ１Ｃとから構成されている。ここで、スイッチ１８〜２１は１ＣクロックＣＫ１（図２（リ）参照）によってオン／オフ制御される。２４も階段波を作成するためのスイッチ回路であり、半導体スイッチ２５〜２８とコンデンサ１６Ｃとから構成されている。ここで、コンデンサ１６Ｃはコンデンサ１Ｃの１６倍の容量のコンデンサである。また、スイッチ２５〜２８は１６ＣアップクロックＣＫ２および１６ＣダウンクロックＣＫ３（図２（ニ）、（ヘ）参照）によってオン／オフ制御される。また、２９は電池もしくは定電圧電源である。
【００１１】
図１（ｂ）において、符号１は定電流回路、２ａはＴＭＲセンサである。３１〜３６は半導体スイッチであり、スイッチ３１はボトムホールド信号Ｂ（図２（ホ））によってオン／オフ制御され、スイッチ３２および３４は計測信号Ｋ（図２（チ））によってオン／オフ制御され、スイッチ３３，３５，３６はピークホールド信号Ｐ（図２（ト））によってオン／オフ制御される。３７〜３９はコンデンサ、４０はコンパレータ、４１はインバータ、４２はアンドゲート、４３は出力端子である。
【００１２】
次に、上述した実施形態の動作を説明する。
最初に、動作原理を図３および図４を参照して説明する。図３は、磁場の変化に対するＴＭＲセンサの抵抗値の変化を示す図である。ＴＭＲセンサに印加される磁場をマイナスからプラスへ順次増大させると、抵抗値は順次増大する。そして、磁場の強さがＨ１に達すると、抵抗値が急激に一定値まで下がり、以後、磁場の増加と共に抵抗値が順次減少する。また、ＴＭＲセンサに印加される磁場をプラスからマイナスへ順次減少させると、抵抗値は順次増大する（破線参照）。そして、磁場の強さがＨ２に達すると、抵抗値が急激に一定値まで下がり、以後、磁場の増加と共に抵抗値が順次減少する。このように、ＴＭＲセンサの抵抗値は、磁場に対し偶関数となる。
【００１３】
次に、図４（ａ）はＴＭＲセンサに印加する交流バイアス磁界の変化を示しており、この図において、Ｈｍａｘ、Ｈｍｉｎは各々ＴＭＲセンサに印加する磁場の最大値および最小値である（図３参照）。いま、被測定磁界が「０」の時、交流バイアス磁界を図４（ａ）に示すように変化させると、図３から明らかなように、ＴＭＲセンサの抵抗値が図４（ｂ）に直線Ａで示すように変化する。また、被測定磁界が正の一定値である場合は、ＴＭＲセンサの抵抗値が図４（ｂ）に直線Ｂで示すように変化し、被測定磁界が負の一定値である場合は、ＴＭＲセンサの抵抗値が直線Ｃで示すように変化する。
【００１４】
そこで、同図に示すように、抵抗値が所定のしきい値Ｔｈを上から下へ横切った時点から、次に抵抗値がしきい値Ｔｈを上から下へ横切った時点までの時間ａ（ａ１、ａ２）と、さらに次に抵抗値がしきい値Ｔｈを上から下へ横切った時点までの時間ｂ（ｂ１、ｂ２）とを計測し、測定値ａとｂの差をとれば、被測定磁界の強さに対応する値を得ることができる。図１の実施形態においては、上述したａ，ｂに変えて、交流バイアス磁界のスタート時点から抵抗値がしきい値Ｔｈに達する間での時間Ｔａ、Ｔｂ（図４（ｂ）参照）を計測し、時間Ｔａ，Ｔｂの差をとることによって被測定磁界の強さに対応する値を得ている。また、しきい値Ｔｈとして、交流バイアス磁界が最小値Ｈｍｉｎまたは最大値Ｈｍａｘの時の抵抗値（ボトム値）と交流バイアス磁界が０の時の抵抗値（ピーク値）の丁度中間の値を使用するようになっている。
【００１５】
次に、図１に示す回路の動作を図２に示すタイミングチャートを参照して説明する。磁気計測を開始する時、制御回路（図示略）は、まず、リセット信号Ｒ（図２（ハ））を出力する。これによりスイッチ１６が短時間オンとされ、コンデンサ１５の電荷が放電される。次に、制御回路は１６ＣアップクロックＣＫ２を３２パルス、スイッチ回路２４へ出力する。これにより、演算増幅器１４から順次階段状に増加する電流Ｉｄがバイアスコイル１３へ印加される。
【００１６】
すなわち、まず、スイッチ２６、２７がオンとなり、コンデンサ１６Ｃが電池２９からの電流によって充電される。次に、スイッチ２５、２８がオンとなり（スイッチ２６，２７はオフ）、コンデンサ１６Ｃの負電圧が演算増幅器１４の反転入力端へ印加される。これにより、演算増幅器１４の出力電圧が正の電圧となり、バイアスコイル１３に電流Ｉｄが流され、また、コンデンサ１５が一定値まで充電され、コンデンサ１６Ｃが放電される。次に、再びスイッチ２６，２７がオン（スイッチ２５、２８がオフ）となり、コンデンサ１６Ｃが充電され、次いで、スイッチ２５，２８がオンとなり、コンデンサ１６Ｃの負電圧が演算増幅器１４の反転入力端に印加される。これにより、演算増幅器１４の出力が、コンデン１５のチャージ電圧＋コンデンサ１６Ｃのチャージ電圧に増大し、この電圧に基づく電流Ｉｄが流され、また、コンデンサ１５がその電圧まで充電され、コンデンサ１６Ｃの電荷が放電される。以下、上記の動作が繰り返され、これにより、バイアスコイル１３の電流が逐次増大する（図２（イ）参照）。
【００１７】
バイアスコイル１３の電流が逐次増大すると、これに伴い、ＴＭＲセンサ２ａに加わる磁場が増大する。この磁場が０から逐次増大すると、ＴＭＲセンサ２ａの抵抗値が一旦増大し（図３参照）、次いで急速に減少した後、順次減少する。これにより、ＴＭＲセンサ２ａの端子電圧Ｖｔが、図２（ロ）に示すように、一旦増大した後急速に減少し、次いで順次減少する。そして、１６ＣアップクロックＣＫ２が３２パルス出力された時点で磁場の強さがＨｍａｘに達する。ここで、制御回路がボトムホールド信号Ｂ（図２（ホ））を出力する。このボトムホールド信号Ｂが出力されると、スイッチ３１がオンとなり、コンデンサ３７にこの時のＴＭＲセンサ２ａの端子電圧Ｖｔが充電される。すなわち、端子電圧Ｖｔのボトム電圧がコンデンサ３７に記憶される。なお、この時、スイッチ３２はオフ状態にある。
【００１８】
次に、制御回路は、１６ＣダウンクロックＣＫ３（図２（ヘ））を３２パルス、スイッチ回路２４へ出力する。またこの時、電池２９の極性を反転する。これにより、演算増幅器１４の出力が逐次階段状に０まで減少し、ＴＭＲセンサ２ａの端子電圧Ｖｔが順次増加する（図２（ロ）参照）。なお、１６ＣダウンクロックＣＫ３によるスイッチ２５〜２８のオン／オフ制御は前述したアップクロックＣＫ２の場合と同じである。
【００１９】
演算増幅器１４の出力電圧が０になると、バイアスコイル１３のドライブ電流Ｉｄが０となり、バイアス磁場が０となる。この時、図３から明らかなように、ＴＭＲセンサ２ａの抵抗値がほぼ最大値となり、従ってＴＭＲセンサ２ａの端子電圧Ｖｔがほぼ最大値となる。ここで、制御回路はピークホールド信号Ｐ（図２（ト））を出力する。これにより、スイッチ３３がオンとなり、コンデンサ３８にこの時のＴＭＲセンサ２ａの端子電圧Ｖｔが充電される。すなわち、端子電圧Ｖｔのピーク値がコンデンサ３８に記憶される。また、制御回路からピークホールド信号Ｐが出力されると、スイッチ３５、３６がオンとなる。これにより、コンパレータ４０の両入力端間のオフセット電圧がコンデンサ３９に充電される。このコンデンサ３９は、以後の動作においてオフセットキャンセラとして機能する。
【００２０】
次に、制御回路は、１６ＣダウンクロックＣＫ３を再び３２パルス出力し、またこの時、電池２９を図と逆極性とする。これにより、バイアスドライブ電流Ｉｄが負電流となり、逐次その大きさが増大する。これに伴い、バイアス磁場が順次減少する。そして、ダウンクロックＣＫ３が３２パルス出力された時点（図２の時刻ｔｓ参照）でバイアス磁場の強さがＨｍｉｎに達する。
【００２１】
ここで制御回路は、計測信号Ｋ（図２（チ））を出力する。計測信号Ｋが出力されると、スイッチ３２および３４がオンとなり、コンデンサ３８の電荷がコンデンサ３７へ移動し、両コンデンサ３７，３８の電圧が等しくなる。すなわち、コンデンサ３７，３８の電圧が、ＴＭＲセンサ２ａの端子電圧Ｖｔのピーク電圧とボトム電圧の丁度中間の電圧となる。そして、この電圧が、以後、コンパレータ４０の反転入力端へしきい値Ｔｈとして供給される。
【００２２】
また、制御回路は、時刻ｔｓ以後、５１２パルスの１ＣクロックＣＫ１（図２（リ））をスイッチ回路１７へ出力する。この１ＣクロックＣＫ１がスイッチ回路１７へ出力されると、スイッチ１８〜２１が上述したスイッチ回路２４のスイッチ２５〜２８と同様にオン／オフ制御され、これにより、バイアスコイル１３のドライブ電流Ｉｄが順次上昇し（図２（イ））、ＴＭＲセンサ２ａの端子電圧Ｖｔが順次上昇する（図２（ロ））。但しこの場合、コンデンサ１Ｃの容量がコンデンサ１６Ｃの容量の１／１６であることから、１６ＣアップクロックＣＫ２に基づく電圧Ｖｔの上昇と比較し、１／１６の傾きで上昇する。また、１ＣクロックＣＫ１は、この時開状態にあるアンドゲート４２を通過し、出力端子４３から出力される。
【００２３】
電圧Ｖｔが順次上昇し、しきい値Ｔｈに達すると（但し、コンデンサ３９の両端電圧を０とする）、コンパレータ４０の出力ＣＰが反転して”１”となり、したがって、インバータ４１の出力が”０”となり、アンドゲート４２が閉状態となる。これにより、１ＣクロックＣＫ１が出力端子４３へ出力されなくなる。すなわち、上記の過程において、出力端子４３から出力される１ＣクロックＣＫ１のパルス数は、図４（ｂ）における時間Ｔａを示している。
【００２４】
次に、制御回路は、５１２パルスの１ＣクロックＣＫ１を出力した後、１６ＣアップクロックＣＫ２を３２パルス出力する（図２（ニ））。これにより、バイアスドライブ電流Ｉｄがさらに上昇し、バイアス磁場がＨｍａｘに達する。この時、ＴＭＲセンサ２ａの端子電圧はボトム電圧となる（図２（ロ））。また、この時、コンパレータ４０の出力ＣＰは”０”にあり、したがって、インバータ４１の出力が”１”であり、アンドゲート４２が開状態になる。
【００２５】
この時点以後、制御回路は、再び、５１２パルスの１ＣクロックＣＫ１（図２（リ））をスイッチ回路１７へ出力し、またこの時、電池２９の極性を図の極性から反転する。これにより、バイアスドライブ電流Ｉｄが逐次減少し、したがって、バイアス磁場が順次減少し、ＴＭＲセンサ２ａの端子電圧Ｖｔが順次上昇する（図２（ロ））。また、１ＣクロックＣＫ１がアンドゲート４２を通過し、出力端子４３から出力される。そして、ＴＭＲセンサ２ａの端子電圧Ｖｔがしきい値Ｔｈに達すると、コンパレータ４０の出力ＣＰが反転し、これにより、アンドゲート４２が閉状態となり、出力端子４３から１ＣクロックＣＫ１が出力されなくなる。すなわち、上記の過程において、出力端子４３から出力される１ＣクロックＣＫ１のパルス数は、図４（ｂ）における時間Ｔｂを示している。
【００２６】
このように、上述した回路は、出力端子４３から、まず、時間Ｔａに対応する数のパルスを出力し、次いで、時間Ｔｂに対応する数のパルスを出力する。したがって、これらのパルスをカウンタによってカウントし、そのカウント結果の差をとればＴＭＲセンサ２ａのある場所の磁場の強さを得ることができる。
【００２７】
以上がこの発明の一実施形態による磁気検出回路の詳細である。この磁気検出回路によれば、予めＴＭＲセンサ２ａの感度範囲を計り、その中心までの変化量の差をとることにより磁場の強さを測定する。すなわち、この磁気検出回路によれば、ＴＭＲセンサの抵抗値の絶対的測定値に基づいて磁場強さを測定するのではなく、相対的測定であるので、ＴＭＲセンサ２ａの感度のバラツキに依存することなく測定を行うことができ、したがって、経年変化や周囲温度変化に影響されない測定を行うことができる。
【００２８】
また、上記実施形態においては、オフセットキャンセラとしてのコンデンサ３９を設けているので、コンパレータ４０のオフセットによる誤差を除去することができる。
なお、上記実施形態においては、スレショルドレベルＴｈとしてピーク値とボトム値の中央点を検出し、それを用いるようにしたが、これを予め決めた一定値としてもよい。
【００２９】
次に、上述した磁気検出回路を用いた方位検出回路について説明する。この方位検出回路はＸ軸方向、Ｙ軸方向の地磁気の強さを求め、その結果をベクトル合成して地磁気の方向および強さを求める回路である。
図５はセンサチップの構成を示す平面図である。この図において、５０はガラスまたは石英からなる基板であり、この基板５０上にバイアスコイル１３が形成され、このバイアスコイル１３上にＴＭＲセンサ２ａ、２ｂが取り付けられている。この場合、ＴＭＲセンサ２ａはＹ軸方向の磁気の強さを検出するものであり、また、ＴＭＲセンサ２ｂはＸ軸方向の磁気の強さを検出するものである。また、５２は端子であり。そして、各ＴＭＲセンサ２ａ、２ｂが各々、端子５２を介して２個の図１に示す検出回路１２（以下、検出回路１２Ｙ、１２Ｘという）に接続されている。
【００３０】
図６は上記検出回路１２Ｘ、１２Ｙの出力を処理する回路の構成を示すブロック図である。図６（ａ）に示す回路は、検出回路１２Ｘ、１２Ｙの出力を各々アップカウントするカウンタ６１と、カウンタ６１から出力されるカウント値を一旦内部に記憶し、次いで記憶したカウント値に基づいてＸ軸方向の磁気の強さおよびＹ軸方向の磁気の強さを各々演算するベクトル値演算回路６２と、ベクトル値演算回路６２から出力されるＸ軸、Ｙ軸方向の各磁気の強さから方位θおよび磁気の強さＷ（図７参照）を演算する方位演算回路６３と、方位演算回路６３の出力を表示する方位表示装置６４とから構成されている。
【００３１】
また、図６（ｂ）に示す回路は、上述した図６（ａ）の回路のベクトル演算回路６２と方位演算回路６３との間に傾き補正回路６５を挿入している。この傾き補正回路６５は基板５０の傾きに基づく誤差を補正する回路である。すなわち、いま、基板５０（図５）のＸ軸と平行な辺５０ａを水平に保った場合において、Ｙ軸に平行な辺５０ｂが水平に対して所定角度α傾くと、ＴＭＲセンサ２０ａの出力が角度αに応じて変わってしまい、この結果、方位検出結果も変わってしまう。傾き補正回路６５は角度αに基づく誤差を補正する回路であり、Ｙ軸の磁気の強さをスレショルドレベルと比較することにより補正を行う。なお、この傾き補正回路については先出願（特願２００１−２１００５４号）に詳細が記載されている。
【００３２】
また、図６（ｃ）に示す回路は、上述した図６（ｂ）に示す回路におけるベクトル値演算回路６２と傾き補正回路６５の間にベクトル値平均化回路６６を挿入したものである。このベクトル値平均化回路６６は、同じ位置における測定を複数回繰り返し、その結果得られたＸ軸、Ｙ軸方向の各磁気の強さの平均値をそれぞれ求める回路である。地磁気は元々微弱なため、ＴＭＲセンサの出力信号を大きく増幅して使用する。その時、外来ノイズと回路中でのノイズも増幅してしまうため、高分解能にするにしたがってその割合が大きくなってしまう。そこで、平均化することによりある程度丸め込んで安定させる。
なお、上述した方位検出回路は図１に示す検出回路１２を２回路（１２ａ、１２ｂ）設けたが、これを１回路とし、時分割で使用してもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、第１の電流の上昇開始時点から磁気センサの端子電圧がしきい値に達するまでの時間および第２の電流の上昇開始時点から磁気センサの端子電圧がしきい値に達するまでの時間をそれぞれ計測し、その計測結果に基づいて磁気センサの位置の磁場の強さを検出するようにしたので、経年変化や周囲温度の変化の影響を受けることなく磁気の強さを測定することができる効果が得られる。また、請求項４に記載の発明によれば、経年変化や周囲温度の変化の影響を受けることなく方位測定をすることができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施形態による磁気検出回路の構成を示すブロック図である。
【図２】 同実施形態の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】 図１におけるＴＭＲセンサ２ａの基本的抵抗特性を示す図である。
【図４】 図１におけるＴＭＲセンサ２ａに加える交流バイアス磁界およびＴＭＲセンサ２ａの抵抗値の変化を示す図である。
【図５】 ＴＭＲセンサ２ａ、２ｂが取り付けられた方位検出用の基板を示す平面図である。
【図６】 図１に示す検出回路１２の後部に接続される方位検出のための回路を示す図である。
【図７】 方位演算を説明するための図である。
【図８】 従来のＴＭＲセンサの抵抗変化を検出する検出回路例を示す回路図である。
【図９】 従来のＴＭＲセンサの抵抗変化を検出する検出回路例を示す回路図である。
【符号の説明】
２ａ…ＴＭＲセンサ、１１…バイアス回路、１２…検出回路、１３…バイアスコイル、１４…演算増幅器、１５、１Ｃ、１６Ｃ…コンデンサ、１７、２４…スイッチ回路、１８〜２１、２５〜２７…半導体スイッチ、２９…電池、３１〜３９…半導体スイッチ、４０…コンパレータ、４２…アンドゲート、４３…出力端子。
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁気トンネル効果素子（ＴＭＲセンサ）等の磁気センサを用いて磁界の強さを検出する磁気検出回路および方位検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ナビゲータの機能を付加した携帯電話が開発されている。この携帯電話には、地磁気の方向を検出する磁気検出回路が不可欠である。ところで、磁気センサとしては、ＭＲセンサ、ＴＭＲセンサ、ＧＭＲセンサ等が知られており、これらはいずれも、周囲の磁気の強さに応じて、その抵抗値が変化するものである。これらのセンサの中で、ＴＭＲセンサが感度がよく、かつ、価格も安いことから携帯電話等に用いるのに好適である。
【０００３】
従来のＴＭＲセンサを用いた磁気検出回路の構成例を図８および図９に示す。図８に示す回路において、１は定電流回路、２はＴＭＲセンサ、３はコンパレータ、４は基準電圧、５はインバータであり、基準電圧４を変化させてコンパレータ３の出力変化点を検出し、ＴＭＲセンサ２の両端電圧を検出する。また、図９に示す回路は、ＴＭＲセンサ２の両端電圧を電圧検出回路６によって直接検出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＴＭＲセンサは経年変化や周囲温度の変化によって抵抗値が変化する問題があり、特に、地磁気のような弱い磁気を検出する場合は、経年変化等の影響を除去することが必要となる。しかしながら、上述した従来の磁気検出回路にあっては、経年変化等に対する対策がなく、このため、経年変化等に基づく誤差が大きくなる欠点があった。
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、経年変化や周囲温度の変化の影響を受けることなく磁気の強さを測定することができる磁気検出回路を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は上述した課題を解決すべくなされたもので、請求項１に記載の発明は、バイアス磁場を形成するバイアスコイルと、前記バイアスコイルへ、一定の傾きで上昇する第１の電流と、一定の傾きで減少する第２の電流を印加するコイル駆動回路と、前記バイアスコイルのバイアス磁場内に配置された磁気センサと、前記磁気センサの端子電圧としきい値とを比較する比較回路と、前記第１および第２の電流の印加開始時点から一定周期のパルス信号を出力し、前記比較回路の出力が反転した時点で前記パルス信号の出力を停止するパルス出力手段と、前記第１の電流の印加開始時点から前記比較回路の出力が反転する時点までの間に前記パルス出力手段から出力される第１のパルス数を計測すると共に、前記第２の電流の印加開始時点から前記比較回路の出力が反転する時点までの間に前記パルス出力手段から出力される第２のパルス数を計測する手段とを具備し、前記第１のパルスと第２のパルス数の差に基づいて前記磁気センサの位置の磁場の強さを検出することを特徴とする磁気検出回路である。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の磁気検出回路において、前記計測する手段はパルスをカウントするカウンタであることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の磁気検出回路において、前記しきい値を、前記第１または第２の電流の印加開始時点における前記磁気センサの端子電圧と前記バイアスコイルの電流が零の時の前記磁気センサの端子電圧との中間の電圧とすることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の磁気検出回路において、前記しきい値を予め決めた一定電圧とすることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項５に記載の発明は、バイアス磁場を形成するバイアスコイルと、前記バイアスコイルへ、一定の傾きで上昇する第１の電流と、一定の傾きで減少する第２の電流を印加するコイル駆動回路と、前記バイアスコイルのバイアス磁場内に配置された第１の磁気センサと、前記第１の磁気センサの端子電圧としきい値とを比較する第１の比較回路と、前記第１および第２の電流の印加開始時点から一定周期のパルス信号を出力し、前記第１の比較回路の出力が反転した時点で前記パルス信号の出力を停止する第１のパルス出力手段と、前記第１の電流の印加開始時点から前記第１の比較回路の出力が反転する時点までの間に前記第１のパルス出力手段から出力される第１のパルス数を計測すると共に、前記第２の電流の印加開始時点から前記第１の比較回路の出力が反転する時点までの間に前記第１のパルス出力手段から出力される第２のパルス数を計測する第１の手段と、前記第１、第２のパルス数の差を演算して第１の磁気強さを得る第１の演算手段と、前記バイアスコイルのバイアス磁場内に、前記第１の磁気センサと直交する向きに配置された第２の磁気センサと、前記第２の磁気センサの端子電圧としきい値とを比較する第２の比較回路と、前記第１および第２の電流の印加開始時点から一定周期のパルス信号を出力し、前記第２の比較回路の出力が反転した時点で前記パルス信号の出力を停止する第２のパルス出力手段と、前記第１の電流の印加開始時点から前記第２の比較回路の出力が反転する時点までの間に前記第２のパルス出力手段から出力される第３のパルス数を計測すると共に、前記第２の電流の印加開始時点から前記第２の比較回路の出力が反転する時点までの間に前記第２のパルス出力手段から出力される第４のパルス数を計測する第２の手段と、前記第３、第４のパルス数の差を演算して第２の磁気強さを得る第２の演算手段と、前記第１、第２の磁気強さから方位を求める方位演算手段とを具備することを特徴とする方位検出回路である。
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の方位検出回路において、前記第１、第２の手段はパルスをカウントするカウンタであることを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項５または請求項６に記載の方位検出回路において、前記第２の比較回路、第２のパルス出力手段、第２のカウンタ、第２の演算手段に代えて、前記第１の比較回路、第１のパルス出力手段、第１のカウンタ、第１の演算手段を時分割で用いることを特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、請求項５〜請求項７のいずれかの項に記載の方位検出回路において、前記第１、第２の磁気強さをそれぞれ複数回測定し、第１の磁気強さの平均値および第２の磁気強さの平均値を求め、これらの平均値に基づいて方位を演算することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の一実施の形態について説明する。図１は同実施の形態による磁気検出回路の構成を示す回路図、図２は同磁気検出回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。この磁気検出回路は、図１（ａ）に示す、ＴＭＲセンサに可変バイアス磁界を印加するバイアス回路１１と、図１（ｂ）に示す、ＴＭＲセンサ２ａの出力に基づいて磁気の強さを検出する検出回路１２とから構成されている。
【００１０】
図１（ａ）において、符号１３はＴＭＲセンサ２ａにバイアス磁界を与えるバイアスコイルであり、ＴＭＲセンサ２ａはこのバイアスコイル１３の上に配置される（図５参照）。１４は演算増幅器、１５は演算増幅器１４の反転入力端と出力端間に介挿されたコンデンサ、１６はコンデンサ１５の両端に接続された半導体スイッチである。このスイッチ１６は制御回路（図示略）から供給されるリセット信号Ｒ（図２（ハ）参照）によってオン／オフ制御される。１７は演算増幅器１４と共に階段波を作成するスイッチ回路であり、半導体スイッチ１８〜２１とコンデンサ１Ｃとから構成されている。ここで、スイッチ１８〜２１は１ＣクロックＣＫ１（図２（リ）参照）によってオン／オフ制御される。２４も階段波を作成するためのスイッチ回路であり、半導体スイッチ２５〜２８とコンデンサ１６Ｃとから構成されている。ここで、コンデンサ１６Ｃはコンデンサ１Ｃの１６倍の容量のコンデンサである。また、スイッチ２５〜２８は１６ＣアップクロックＣＫ２および１６ＣダウンクロックＣＫ３（図２（ニ）、（ヘ）参照）によってオン／オフ制御される。また、２９は電池もしくは定電圧電源である。
【００１１】
図１（ｂ）において、符号１は定電流回路、２ａはＴＭＲセンサである。３１〜３６は半導体スイッチであり、スイッチ３１はボトムホールド信号Ｂ（図２（ホ））によってオン／オフ制御され、スイッチ３２および３４は計測信号Ｋ（図２（チ））によってオン／オフ制御され、スイッチ３３，３５，３６はピークホールド信号Ｐ（図２（ト））によってオン／オフ制御される。３７〜３９はコンデンサ、４０はコンパレータ、４１はインバータ、４２はアンドゲート、４３は出力端子である。
【００１２】
次に、上述した実施形態の動作を説明する。
最初に、動作原理を図３および図４を参照して説明する。図３は、磁場の変化に対するＴＭＲセンサの抵抗値の変化を示す図である。ＴＭＲセンサに印加される磁場をマイナスからプラスへ順次増大させると、抵抗値は順次増大する。そして、磁場の強さがＨ１に達すると、抵抗値が急激に一定値まで下がり、以後、磁場の増加と共に抵抗値が順次減少する。また、ＴＭＲセンサに印加される磁場をプラスからマイナスへ順次減少させると、抵抗値は順次増大する（破線参照）。そして、磁場の強さがＨ２に達すると、抵抗値が急激に一定値まで下がり、以後、磁場の増加と共に抵抗値が順次減少する。このように、ＴＭＲセンサの抵抗値は、磁場に対し偶関数となる。
【００１３】
次に、図４（ａ）はＴＭＲセンサに印加する交流バイアス磁界の変化を示しており、この図において、Ｈｍａｘ、Ｈｍｉｎは各々ＴＭＲセンサに印加する磁場の最大値および最小値である（図３参照）。いま、被測定磁界が「０」の時、交流バイアス磁界を図４（ａ）に示すように変化させると、図３から明らかなように、ＴＭＲセンサの抵抗値が図４（ｂ）に直線Ａで示すように変化する。また、被測定磁界が正の一定値である場合は、ＴＭＲセンサの抵抗値が図４（ｂ）に直線Ｂで示すように変化し、被測定磁界が負の一定値である場合は、ＴＭＲセンサの抵抗値が直線Ｃで示すように変化する。
【００１４】
そこで、同図に示すように、抵抗値が所定のしきい値Ｔｈを上から下へ横切った時点から、次に抵抗値がしきい値Ｔｈを上から下へ横切った時点までの時間ａ（ａ１、ａ２）と、さらに次に抵抗値がしきい値Ｔｈを上から下へ横切った時点までの時間ｂ（ｂ１、ｂ２）とを計測し、測定値ａとｂの差をとれば、被測定磁界の強さに対応する値を得ることができる。図１の実施形態においては、上述したａ，ｂに変えて、交流バイアス磁界のスタート時点から抵抗値がしきい値Ｔｈに達する間での時間Ｔａ、Ｔｂ（図４（ｂ）参照）を計測し、時間Ｔａ，Ｔｂの差をとることによって被測定磁界の強さに対応する値を得ている。また、しきい値Ｔｈとして、交流バイアス磁界が最小値Ｈｍｉｎまたは最大値Ｈｍａｘの時の抵抗値（ボトム値）と交流バイアス磁界が０の時の抵抗値（ピーク値）の丁度中間の値を使用するようになっている。
【００１５】
次に、図１に示す回路の動作を図２に示すタイミングチャートを参照して説明する。磁気計測を開始する時、制御回路（図示略）は、まず、リセット信号Ｒ（図２（ハ））を出力する。これによりスイッチ１６が短時間オンとされ、コンデンサ１５の電荷が放電される。次に、制御回路は１６ＣアップクロックＣＫ２を３２パルス、スイッチ回路２４へ出力する。これにより、演算増幅器１４から順次階段状に増加する電流Ｉｄがバイアスコイル１３へ印加される。
【００１６】
すなわち、まず、スイッチ２６、２７がオンとなり、コンデンサ１６Ｃが電池２９からの電流によって充電される。次に、スイッチ２５、２８がオンとなり（スイッチ２６，２７はオフ）、コンデンサ１６Ｃの負電圧が演算増幅器１４の反転入力端へ印加される。これにより、演算増幅器１４の出力電圧が正の電圧となり、バイアスコイル１３に電流Ｉｄが流され、また、コンデンサ１５が一定値まで充電され、コンデンサ１６Ｃが放電される。次に、再びスイッチ２６，２７がオン（スイッチ２５、２８がオフ）となり、コンデンサ１６Ｃが充電され、次いで、スイッチ２５，２８がオンとなり、コンデンサ１６Ｃの負電圧が演算増幅器１４の反転入力端に印加される。これにより、演算増幅器１４の出力が、コンデン１５のチャージ電圧＋コンデンサ１６Ｃのチャージ電圧に増大し、この電圧に基づく電流Ｉｄが流され、また、コンデンサ１５がその電圧まで充電され、コンデンサ１６Ｃの電荷が放電される。以下、上記の動作が繰り返され、これにより、バイアスコイル１３の電流が逐次増大する（図２（イ）参照）。
【００１７】
バイアスコイル１３の電流が逐次増大すると、これに伴い、ＴＭＲセンサ２ａに加わる磁場が増大する。この磁場が０から逐次増大すると、ＴＭＲセンサ２ａの抵抗値が一旦増大し（図３参照）、次いで急速に減少した後、順次減少する。これにより、ＴＭＲセンサ２ａの端子電圧Ｖｔが、図２（ロ）に示すように、一旦増大した後急速に減少し、次いで順次減少する。そして、１６ＣアップクロックＣＫ２が３２パルス出力された時点で磁場の強さがＨｍａｘに達する。ここで、制御回路がボトムホールド信号Ｂ（図２（ホ））を出力する。このボトムホールド信号Ｂが出力されると、スイッチ３１がオンとなり、コンデンサ３７にこの時のＴＭＲセンサ２ａの端子電圧Ｖｔが充電される。すなわち、端子電圧Ｖｔのボトム電圧がコンデンサ３７に記憶される。なお、この時、スイッチ３２はオフ状態にある。
【００１８】
次に、制御回路は、１６ＣダウンクロックＣＫ３（図２（ヘ））を３２パルス、スイッチ回路２４へ出力する。またこの時、電池２９の極性を反転する。これにより、演算増幅器１４の出力が逐次階段状に０まで減少し、ＴＭＲセンサ２ａの端子電圧Ｖｔが順次増加する（図２（ロ）参照）。なお、１６ＣダウンクロックＣＫ３によるスイッチ２５〜２８のオン／オフ制御は前述したアップクロックＣＫ２の場合と同じである。
【００１９】
演算増幅器１４の出力電圧が０になると、バイアスコイル１３のドライブ電流Ｉｄが０となり、バイアス磁場が０となる。この時、図３から明らかなように、ＴＭＲセンサ２ａの抵抗値がほぼ最大値となり、従ってＴＭＲセンサ２ａの端子電圧Ｖｔがほぼ最大値となる。ここで、制御回路はピークホールド信号Ｐ（図２（ト））を出力する。これにより、スイッチ３３がオンとなり、コンデンサ３８にこの時のＴＭＲセンサ２ａの端子電圧Ｖｔが充電される。すなわち、端子電圧Ｖｔのピーク値がコンデンサ３８に記憶される。また、制御回路からピークホールド信号Ｐが出力されると、スイッチ３５、３６がオンとなる。これにより、コンパレータ４０の両入力端間のオフセット電圧がコンデンサ３９に充電される。このコンデンサ３９は、以後の動作においてオフセットキャンセラとして機能する。
【００２０】
次に、制御回路は、１６ＣダウンクロックＣＫ３を再び３２パルス出力し、またこの時、電池２９を図と逆極性とする。これにより、バイアスドライブ電流Ｉｄが負電流となり、逐次その大きさが増大する。これに伴い、バイアス磁場が順次減少する。そして、ダウンクロックＣＫ３が３２パルス出力された時点（図２の時刻ｔｓ参照）でバイアス磁場の強さがＨｍｉｎに達する。
【００２１】
ここで制御回路は、計測信号Ｋ（図２（チ））を出力する。計測信号Ｋが出力されると、スイッチ３２および３４がオンとなり、コンデンサ３８の電荷がコンデンサ３７へ移動し、両コンデンサ３７，３８の電圧が等しくなる。すなわち、コンデンサ３７，３８の電圧が、ＴＭＲセンサ２ａの端子電圧Ｖｔのピーク電圧とボトム電圧の丁度中間の電圧となる。そして、この電圧が、以後、コンパレータ４０の反転入力端へしきい値Ｔｈとして供給される。
【００２２】
また、制御回路は、時刻ｔｓ以後、５１２パルスの１ＣクロックＣＫ１（図２（リ））をスイッチ回路１７へ出力する。この１ＣクロックＣＫ１がスイッチ回路１７へ出力されると、スイッチ１８〜２１が上述したスイッチ回路２４のスイッチ２５〜２８と同様にオン／オフ制御され、これにより、バイアスコイル１３のドライブ電流Ｉｄが順次上昇し（図２（イ））、ＴＭＲセンサ２ａの端子電圧Ｖｔが順次上昇する（図２（ロ））。但しこの場合、コンデンサ１Ｃの容量がコンデンサ１６Ｃの容量の１／１６であることから、１６ＣアップクロックＣＫ２に基づく電圧Ｖｔの上昇と比較し、１／１６の傾きで上昇する。また、１ＣクロックＣＫ１は、この時開状態にあるアンドゲート４２を通過し、出力端子４３から出力される。
【００２３】
電圧Ｖｔが順次上昇し、しきい値Ｔｈに達すると（但し、コンデンサ３９の両端電圧を０とする）、コンパレータ４０の出力ＣＰが反転して”１”となり、したがって、インバータ４１の出力が”０”となり、アンドゲート４２が閉状態となる。これにより、１ＣクロックＣＫ１が出力端子４３へ出力されなくなる。すなわち、上記の過程において、出力端子４３から出力される１ＣクロックＣＫ１のパルス数は、図４（ｂ）における時間Ｔａを示している。
【００２４】
次に、制御回路は、５１２パルスの１ＣクロックＣＫ１を出力した後、１６ＣアップクロックＣＫ２を３２パルス出力する（図２（ニ））。これにより、バイアスドライブ電流Ｉｄがさらに上昇し、バイアス磁場がＨｍａｘに達する。この時、ＴＭＲセンサ２ａの端子電圧はボトム電圧となる（図２（ロ））。また、この時、コンパレータ４０の出力ＣＰは”０”にあり、したがって、インバータ４１の出力が”１”であり、アンドゲート４２が開状態になる。
【００２５】
この時点以後、制御回路は、再び、５１２パルスの１ＣクロックＣＫ１（図２（リ））をスイッチ回路１７へ出力し、またこの時、電池２９の極性を図の極性から反転する。これにより、バイアスドライブ電流Ｉｄが逐次減少し、したがって、バイアス磁場が順次減少し、ＴＭＲセンサ２ａの端子電圧Ｖｔが順次上昇する（図２（ロ））。また、１ＣクロックＣＫ１がアンドゲート４２を通過し、出力端子４３から出力される。そして、ＴＭＲセンサ２ａの端子電圧Ｖｔがしきい値Ｔｈに達すると、コンパレータ４０の出力ＣＰが反転し、これにより、アンドゲート４２が閉状態となり、出力端子４３から１ＣクロックＣＫ１が出力されなくなる。すなわち、上記の過程において、出力端子４３から出力される１ＣクロックＣＫ１のパルス数は、図４（ｂ）における時間Ｔｂを示している。
【００２６】
このように、上述した回路は、出力端子４３から、まず、時間Ｔａに対応する数のパルスを出力し、次いで、時間Ｔｂに対応する数のパルスを出力する。したがって、これらのパルスをカウンタによってカウントし、そのカウント結果の差をとればＴＭＲセンサ２ａのある場所の磁場の強さを得ることができる。
【００２７】
以上がこの発明の一実施形態による磁気検出回路の詳細である。この磁気検出回路によれば、予めＴＭＲセンサ２ａの感度範囲を計り、その中心までの変化量の差をとることにより磁場の強さを測定する。すなわち、この磁気検出回路によれば、ＴＭＲセンサの抵抗値の絶対的測定値に基づいて磁場強さを測定するのではなく、相対的測定であるので、ＴＭＲセンサ２ａの感度のバラツキに依存することなく測定を行うことができ、したがって、経年変化や周囲温度変化に影響されない測定を行うことができる。
【００２８】
また、上記実施形態においては、オフセットキャンセラとしてのコンデンサ３９を設けているので、コンパレータ４０のオフセットによる誤差を除去することができる。
なお、上記実施形態においては、スレショルドレベルＴｈとしてピーク値とボトム値の中央点を検出し、それを用いるようにしたが、これを予め決めた一定値としてもよい。
【００２９】
次に、上述した磁気検出回路を用いた方位検出回路について説明する。この方位検出回路はＸ軸方向、Ｙ軸方向の地磁気の強さを求め、その結果をベクトル合成して地磁気の方向および強さを求める回路である。
図５はセンサチップの構成を示す平面図である。この図において、５０はガラスまたは石英からなる基板であり、この基板５０上にバイアスコイル１３が形成され、このバイアスコイル１３上にＴＭＲセンサ２ａ、２ｂが取り付けられている。この場合、ＴＭＲセンサ２ａはＹ軸方向の磁気の強さを検出するものであり、また、ＴＭＲセンサ２ｂはＸ軸方向の磁気の強さを検出するものである。また、５２は端子であり。そして、各ＴＭＲセンサ２ａ、２ｂが各々、端子５２を介して２個の図１に示す検出回路１２（以下、検出回路１２Ｙ、１２Ｘという）に接続されている。
【００３０】
図６は上記検出回路１２Ｘ、１２Ｙの出力を処理する回路の構成を示すブロック図である。図６（ａ）に示す回路は、検出回路１２Ｘ、１２Ｙの出力を各々アップカウントするカウンタ６１と、カウンタ６１から出力されるカウント値を一旦内部に記憶し、次いで記憶したカウント値に基づいてＸ軸方向の磁気の強さおよびＹ軸方向の磁気の強さを各々演算するベクトル値演算回路６２と、ベクトル値演算回路６２から出力されるＸ軸、Ｙ軸方向の各磁気の強さから方位θおよび磁気の強さＷ（図７参照）を演算する方位演算回路６３と、方位演算回路６３の出力を表示する方位表示装置６４とから構成されている。
【００３１】
また、図６（ｂ）に示す回路は、上述した図６（ａ）の回路のベクトル演算回路６２と方位演算回路６３との間に傾き補正回路６５を挿入している。この傾き補正回路６５は基板５０の傾きに基づく誤差を補正する回路である。すなわち、いま、基板５０（図５）のＸ軸と平行な辺５０ａを水平に保った場合において、Ｙ軸に平行な辺５０ｂが水平に対して所定角度α傾くと、ＴＭＲセンサ２０ａの出力が角度αに応じて変わってしまい、この結果、方位検出結果も変わってしまう。傾き補正回路６５は角度αに基づく誤差を補正する回路であり、Ｙ軸の磁気の強さをスレショルドレベルと比較することにより補正を行う。なお、この傾き補正回路については先出願（特願２００１−２１００５４号）に詳細が記載されている。
【００３２】
また、図６（ｃ）に示す回路は、上述した図６（ｂ）に示す回路におけるベクトル値演算回路６２と傾き補正回路６５の間にベクトル値平均化回路６６を挿入したものである。このベクトル値平均化回路６６は、同じ位置における測定を複数回繰り返し、その結果得られたＸ軸、Ｙ軸方向の各磁気の強さの平均値をそれぞれ求める回路である。地磁気は元々微弱なため、ＴＭＲセンサの出力信号を大きく増幅して使用する。その時、外来ノイズと回路中でのノイズも増幅してしまうため、高分解能にするにしたがってその割合が大きくなってしまう。そこで、平均化することによりある程度丸め込んで安定させる。
なお、上述した方位検出回路は図１に示す検出回路１２を２回路（１２ａ、１２ｂ）設けたが、これを１回路とし、時分割で使用してもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、第１の電流の上昇開始時点から磁気センサの端子電圧がしきい値に達するまでの時間および第２の電流の上昇開始時点から磁気センサの端子電圧がしきい値に達するまでの時間をそれぞれ計測し、その計測結果に基づいて磁気センサの位置の磁場の強さを検出するようにしたので、経年変化や周囲温度の変化の影響を受けることなく磁気の強さを測定することができる効果が得られる。また、請求項４に記載の発明によれば、経年変化や周囲温度の変化の影響を受けることなく方位測定をすることができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施形態による磁気検出回路の構成を示すブロック図である。
【図２】 同実施形態の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】 図１におけるＴＭＲセンサ２ａの基本的抵抗特性を示す図である。
【図４】 図１におけるＴＭＲセンサ２ａに加える交流バイアス磁界およびＴＭＲセンサ２ａの抵抗値の変化を示す図である。
【図５】 ＴＭＲセンサ２ａ、２ｂが取り付けられた方位検出用の基板を示す平面図である。
【図６】 図１に示す検出回路１２の後部に接続される方位検出のための回路を示す図である。
【図７】 方位演算を説明するための図である。
【図８】 従来のＴＭＲセンサの抵抗変化を検出する検出回路例を示す回路図である。
【図９】 従来のＴＭＲセンサの抵抗変化を検出する検出回路例を示す回路図である。
【符号の説明】
２ａ…ＴＭＲセンサ、１１…バイアス回路、１２…検出回路、１３…バイアスコイル、１４…演算増幅器、１５、１Ｃ、１６Ｃ…コンデンサ、１７、２４…スイッチ回路、１８〜２１、２５〜２７…半導体スイッチ、２９…電池、３１〜３９…半導体スイッチ、４０…コンパレータ、４２…アンドゲート、４３…出力端子。
Claims (8)
- バイアス磁場を形成するバイアスコイルと、
前記バイアスコイルへ、一定の傾きで上昇する第１の電流と、一定の傾きで減少する第２の電流を印加するコイル駆動回路と、
前記バイアスコイルのバイアス磁場内に配置された磁気センサと、
前記磁気センサの端子電圧としきい値とを比較する比較回路と、
前記第１および第２の電流の印加開始時点から一定周期のパルス信号を出力し、前記比較回路の出力が反転した時点で前記パルス信号の出力を停止するパルス出力手段と、
前記第１の電流の印加開始時点から前記比較回路の出力が反転する時点までの間に前記パルス出力手段から出力される第１のパルス数を計測すると共に、前記第２の電流の印加開始時点から前記比較回路の出力が反転する時点までの間に前記パルス出力手段から出力される第２のパルス数を計測する手段と、
を具備し、前記第１のパルスと第２のパルス数の差に基づいて前記磁気センサの位置の磁場の強さを検出することを特徴とする磁気検出回路。 - 前記計測する手段はパルスをカウントするカウンタであることを特徴とする請求項１に記載の磁気検出回路。
- 前記しきい値を、前記第１または第２の電流の印加開始時点における前記磁気センサの端子電圧と前記バイアスコイルの電流が零の時の前記磁気センサの端子電圧との中間の電圧とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気検出回路。
- 前記しきい値を予め決めた一定電圧とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気検出回路。
- バイアス磁場を形成するバイアスコイルと、
前記バイアスコイルへ、一定の傾きで上昇する第１の電流と、一定の傾きで減少する第２の電流を印加するコイル駆動回路と、
前記バイアスコイルのバイアス磁場内に配置された第１の磁気センサと、
前記第１の磁気センサの端子電圧としきい値とを比較する第１の比較回路と、
前記第１および第２の電流の印加開始時点から一定周期のパルス信号を出力し、前記第１の比較回路の出力が反転した時点で前記パルス信号の出力を停止する第１のパルス出力手段と、
前記第１の電流の印加開始時点から前記第１の比較回路の出力が反転する時点までの間に前記第１のパルス出力手段から出力される第１のパルス数を計測すると共に、前記第２の電流の印加開始時点から前記第１の比較回路の出力が反転する時点までの間に前記第１のパルス出力手段から出力される第２のパルス数を計測する第１の手段と、
前記第１、第２のパルス数の差を演算して第１の磁気強さを得る第１の演算手段と、
前記バイアスコイルのバイアス磁場内に、前記第１の磁気センサと直交する向きに配置された第２の磁気センサと、
前記第２の磁気センサの端子電圧としきい値とを比較する第２の比較回路と、
前記第１および第２の電流の印加開始時点から一定周期のパルス信号を出力し、前記第２の比較回路の出力が反転した時点で前記パルス信号の出力を停止する第２のパルス出力手段と、
前記第１の電流の印加開始時点から前記第２の比較回路の出力が反転する時点までの間に前記第２のパルス出力手段から出力される第３のパルス数を計測すると共に、前記第２の電流の印加開始時点から前記第２の比較回路の出力が反転する時点までの間に前記第２のパルス出力手段から出力される第４のパルス数を計測する第２の手段と、
前記第３、第４のパルス数の差を演算して第２の磁気強さを得る第２の演算手段と、
前記第１、第２の磁気強さから方位を求める方位演算手段と、
を具備することを特徴とする方位検出回路。 - 前記第１、第２の手段はパルスをカウントするカウンタであることを特徴とする請求項５に記載の方位検出回路。
- 前記第２の比較回路、第２のパルス出力手段、第２のカウンタ、第２の演算手段に代えて、前記第１の比較回路、第１のパルス出力手段、第１のカウンタ、第１の演算手段を時分割で用いることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の方位検出回路。
- 前記第１、第２の磁気強さをそれぞれ複数回測定し、第１の磁気強さの平均値および第２の磁気強さの平均値を求め、これらの平均値に基づいて方位を演算することを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれかの項に記載の方位検出回路。
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| JP2001320938A JP3714225B2 (ja) | 2001-10-18 | 2001-10-18 | 磁気検出回路および方位検出回路 |
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